JP4129915B2 - オフセット突起部を有するクローズド弾性メタルガスケット - Google Patents

Description

本発明は、固定シール方法の分野、特に、コアとしてバネを有するガスケットの効率性を確保するために必要な予圧より低い予圧でシールを得る必要のある弾性メタルガスケットに関するものである。

メタルガスケットは、腐食性液体への耐性、高温／低温における性能および経時的な耐久性等の理由から、様々な応用に利用可能であり、その中でも、例えば、化学、石油および核工学等の分野ならびに自動車および航空宇宙産業を挙げることができるが、これらに限定されない。ガスケットによるシールの品質は、ガスケットの接触面と、ガスケットが配されるアセンブリのフランジとの間に発生する特定の押圧力に依存する。この特定の押圧力は、最初にアセンブリを締める時、ガスケットがフランジの表面の凹凸に嵌め合う程度でなければならない。従って、締める際の特定の押圧力を比較的高くする必要があり、ガスケットと締めフランジの表面によって画定される空洞内の液体の圧力より大きい必要があることは明らかである。

さらに、多くの応用では、予圧を低く維持する必要がある。これは、核工学産業等でアセンブリが届き難く、締付け道具の取り扱いが難しい場合や、航空宇宙および宇宙産業等でアセンブリが高特徴性の材料であり、軽量化されており、大きな予圧に耐えられない場合に該当する。良い結果を得るために、メタルＯリングガスケットが開発されている。その弾性部材は、好ましくは延性材料の薄層に包まれたオープンチューブである。各接触面に、締めフランジの表面に対するガスケットの反応軸に突出する部分が設けてある。これによって、この種のガスケットにおける予圧を半分にすることができる。一方、この種のガスケットでは、一旦ガスケットが圧縮されてしまうと、操作中の接触点を正確に知ることが難しい。実際、ガスケットが圧縮されている際、その変形によって、圧縮方向に対して垂直に移動するこれらの接触点を正確に求めることができない。

また、仏国特許第２６３６１１５号公報には、特定圧力が非常に高いクローズド構造を有するメタルガスケットが開示されている。図１に、この種のガスケットの断面が示してある。これは、高温や高圧に耐えながら、小さな締付け圧力でシールを得るのに適している。閉鎖された円形の断面を有する弾性のメタルコア２を含み、これは比較的延性の高い金属からなる外部エンベロープ３に収容されている。これは、閉鎖されていても、側面に開口５を有するものであってもよい。

このガスケットは、２つの部材１の間に設置され、互いに独立した密閉空間を形成している。小さな締付け負荷でシールを得るために、シールの全長に亘り、互いに対向し、各部材１に対面配置された２つのクリアランス面６と、略三角形の断面を有する突起部４を有する。

一方、図２に見えるように、締付け力を加えた後、突起部４は必然的に部分的に圧縮されるが、これによる外部エンベロープ３とメタルコア２に掛かる圧力によって変形してしまうおそれがある。その結果、ガスケットの形状が８字型になり、本来の円筒形状で得られる機械的特徴が失われてしまう。特に、ガスケットの８字型の変形によって、それを挟んでいる部材１の接触領域が変化してしまうことが明らかである。モデリングによって、圧縮開始時点で突起部４に掛かる特定圧力が、圧縮力が増加するにつれ漸次的に低下し、突起部の両側の、クリアランス面６の２つの隣接する対称的な領域に分散されることが確認された。
仏国特許第２６３６１１５号公報

従って、本発明は、新規のメタルガスケットを提案することによってこの欠点を解消することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の課題は、弾性のメタルコアと、メタルコアが挿入される延性の材料による外部エンベロープからなるクローズド弾性メタルガスケットを得ることである。ガスケットは、静止時には、静止状態のガスケットの断面の幾何学的中心を通過する直線からなる中心軸を規定する閉円形断面を有する。ガスケットは、さらに、対向配置された２つのクリアランス面を有し、各クリアランス面に、所定の締付力下で物体と密接するように設計された頂点を有する少なくとも１つの突起部が設けてある。

本発明によると、静止時には、各突起部がガスケットの中心軸に対して僅かにオフセットされており、クリアランス面が互いに平行配置されており、対応する突起部の対称軸に対して垂直である。

本発明によるガスケットの多くの実施形態によると、その形状が略環状である。この場合、開口がガスケットの対称軸側に、またはその反対側に設けてあってもよい。

また、ガスケットは例えば、楕円形、三角形または四角形等、様々な形状であってもよい。

突起部も、例えば略三角形、略台形、略楕円形あるいは略四角形等、様々な形状が可能である。

突起部の高さは、断面がほぼ三角形である場合、０．２５ないし０．５０ｍｍであることが望ましい。

特に有効な変形として、各クリアランス面に、中心軸の両側に配置された２つの突起部を設けることができる。

図３に、本発明による弾性メタルガスケットの第１実施形態の、圧縮前の様子を示す。図１と同様に、ガスケット１０を圧縮する２つの部材１が存在する。また、ガスケットは、外部エンベロープ１３に収容されたメタルコア１２を有している。メタルコア１２は、通常は硬化ステンレスによって構成されるが、ニッケルまたはチタン合金からなるものであってもよい。外部エンベロープ１３は、アルミニウム、金または銅等の高延性材料あるいはニッケル、ステンレスあるいは同程度の延性を有する材料等の比較的延性の低い材料からなるものである。

クリアランス面１６は、互いに平行に配置されている。外部エンベロープ１３上の、部材１と接触する部分には、突起部１４が設けてある。図に示すとおり、ガスケット１０の中心軸Ｍと２つの突起部１４の頂点を通過する軸Ａとの各軸の位置から解かるように、２つの突起部１４は中心軸Ｍに対してオフセットされている。すなわち、各クリアランス面１６に、同クリアランス部１６の中央に対してオフセットされた突起部１４が設けてある。各突起部１４は、同じ側にオフセットされている。ここで、外部エンベロープ１６の開口１５は、必須ではなく、ガスケット１０のどちら側に設けるかは任意である。ガスケットの円筒状の部分が変形することによって、ガスケットが対称性を有するため、圧縮段階で対称性が維持される。

突起部１４の高さｈは、外部エンベロープ１３の厚さｅ１３による。エンベロープ１３の厚さ寸法ｅ１３が０．２５ｍｍないし１ｍｍである場合、突起部１４の高さｈは、厚さｅ１３の約１０ないし１５％である。

突起部１４の中心軸Ｍに対するオフセット距離Δａは、接触圧力をモデリングすることで得られる。その値は、メタルコア１２を形成するチューブの直径、メタルコア１２の厚さｅ１２および望ましい圧縮率に依存する。１０％程度の通常の圧縮率に対して、直径３ないし４ｍｍのメタルチューブのオフセットΔａは、０．１５０ないし０．３０ｍｍである。

図４に示すとおり、対称的に行われた圧縮の後、中心軸Ｍと突起部１４の軸Ａとの間のオフセットΔｂが、圧縮前のオフセットΔａより大きくなっている。また、クリアランス面１６が、接触部１の比較的大きな面積に接触することが解かる。これは、外部エンベロープ１３の延性が特に高い場合に起きる。

図５は、０．３０ｍｍの圧縮（破線）と１ｍｍの圧縮（実線）の場合の、接触圧力の表面１６上の分散を重ねて示したグラフである。接触圧力が、突起部１４で最大であることが明らかである。

図６に、本発明によるメタルガスケットの第２実施形態を示す。

図に見えるとおり、この第２のメタルガスケット２０の新しい特徴は、外部エンベロープ２３の各クリアランス面２６に２つの突起部２４が設けてあることである。これらはメタルガスケット２０の中央軸Ｍの両側に設けてある。従って、対称的に加えられた圧縮力は、比較的高い値に耐え得る。また、短い間隔で離れている２つの突起部２４は、シールバリアとして機能する。

図７は、本発明によるガスケット圧縮特性を示すものである。この曲線は、線形の圧縮力Ｆに対するガスケットの圧縮力Ｅの関係を示している。

図８は、線形の力Ｆに対する漏洩値Ｑを示すものである。

この２つの曲線では、ガスケットの締付けおよび緩め操作が行われる方向を表す矢印の向きを考慮する必要がある。

本発明によるガスケットの多くの実施形態において、その形状は略環状である。

本発明によるガスケットの他の実施形態によると、その形状は楕円形（図９）、四角形、丸コーナーを有する略四角形（図１０）、三角形、長楕円形（図１１）または、これらの形状の組合わせおよび／または変形によって形成されたその他の形状（図１２）である。

上述の場合、略三角断面の突起部の高さは、０．２５ないし０．５０ｍｍである。

略三角断面の場合、高さは、突起部の頂点から表面１６まで、該表面に対して垂直に測った値である。本発明によるガスケットの他の実施形態によれば、突起部は、楕円形（図１３）、四角形、丸コーナーを有する略四角形（図１４）、三角形（図１５）、台形（図１６）またはその他の形状であっても良い。丸形のまたはその他の形状を有する略台形断面の場合、高さは、突起部の頂点から表面１６まで、該表面に対して垂直に測った値である。

図１は、従来技術による弾性メタルガスケットの断面を示す断面図である。 図２は、図１に示したものと同じ従来技術によるガスケットの、締付け後の様子を示す断面図である。 図３は、本発明の第１実施形態による弾性メタルガスケットの、締付け前の様子を示す断面図である。 図４は、図３に示したものと同じ本発明によるガスケットの、締付け後の様子を示す断面図である。 図５は、本発明による弾性メタルガスケットの２つの特性を表すグラフ図である。 図６は、本発明の第２実施形態による弾性メタルガスケットの、締付け前の様子を示す断面図である。 図７は、本発明によるメタルガスケットの操作における特性を表すグラフ図である。 図８は、本発明によるメタルガスケットの操作における特性を表すグラフ図である。 図９は、ガスケットの形状の例を示すものである。 図１０は、ガスケットの形状の例を示すものである。 図１１は、ガスケットの形状の例を示すものである。 図１２は、ガスケットの形状の例を示すものである。 図１３は、突起部の形状の例を示すものである。 図１４は、突起部の形状の例を示すものである。 図１５は、突起部の形状の例を示すものである。 図１６は、突起部の形状の例を示すものである。

Claims (11)

1. 弾性のメタルコアと、該メタルコアを収容する延性の外部メタルエンベロープ（１４）とを有する弾性メタルガスケット（１０）であって、該ガスケット（１０）が、静止時には、静止状態のガスケットの断面の幾何学的中心を通過する直線からなる中心軸（Ｍ）を有する閉円形断面を有し、対向配置された２つのクリアランス面（１６、２６）を有し、各クリアランス面に、所定の締付力下で物体（１）と密接するように設計された頂点を有する少なくとも１つの突起部（１４、２４）が設けてあり、静止時には、各突起部（１４、２４）がガスケット（１０、２０）の中心軸（Ｍ）に対して僅かにオフセットされており、クリアランス面（１６、２６）が互いに平行配置されており、対応する突起部（１４、２４）の対称軸に対して垂直であることを特徴とする弾性メタルガスケット。
2. 各突起部（１４、２４）の高さ（ｈ）が０．０２５ｍｍないし０．５０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
3. 各クリアランス面（２６）に、中心軸（Ｍ）の両側に各々配置された２つの突起部（２４）を有することを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
4. 各突起部（１４、２４）の形状が略三角形であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
5. 各突起部（１４、２４）の形状が略台形であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
6. 各突起部（１４、２４）の形状が略楕円形であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
7. 各突起部（１４、２４）の形状が略四角形であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
8. 略環状であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
9. 略楕円形状であることを特徴とする請求項８に記載のガスケット。
10. 略三角形状であることを特徴とする請求項８に記載のガスケット。
11. 略四角形状であることを特徴とする請求項８に記載のガスケット。

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